(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
改質器で改質した燃料ガスと空気とを燃料電池本体に送給し、その燃料ガスと空気とを二種類の電極に互いに分離して流接させることによる発電を行う燃料電池システムにおいて、
改質器から送出された燃料ガスに含まれる水分の一部を水蒸気として分離するための水蒸気分離部を備えた水分量調整装置と、
上記水蒸気分離部において分離した水蒸気を、上記改質器に返戻するための第１の返戻用流路と、
燃料電池本体において生成された水分を改質器に返戻するための第２の返戻用流路と、
水蒸気分離部において分離した水蒸気を凝縮して貯留しておくための貯水タンクと、
この貯水タンクに貯留されている水分を改質器に返戻するための第３の返戻用流路と、
水蒸気分離部から燃料電池本体に至るガス流路に配設され、その水蒸気分離部から送出される燃料ガスの圧力を調整するための圧力調整用バルブアクチュエータと、
第１の返戻用流路を流通する水蒸気を改質器と貯水タンクとに分配するための分配用アクチュエータと、
第２の返戻用流路を流通する水分を改質器と外部に分配するための分配用バルブアクチュエータと、
第３の返戻用流路に配設され、貯水タンクから改質器に送給する水分を増減調整するための送水用バルブアクチュエータと、
上記第１〜３の返戻用流路を通じ、燃料電池本体に送給する燃料ガスに含まれる水分が、その燃料電池本体の運転状態に応じた過不足のない量となるように、水蒸気分離部において分離した水蒸気、貯水タンクに貯留している水分、及び燃料電池本体で生成された水分を、圧力調整用バルブアクチュエータ、各分配用アクチュエータ及び送水用バルブアクチュエータを開閉駆動して改質器に分配送給する返戻制御装置とを有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
改質器から送出された燃料ガスと、燃料電池本体に向かう空気との熱交換を行う熱交換部を設けていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
返戻制御装置は、所定の水分量算出情報に基づき、燃料電池本体に送給する燃料ガスに含まれるべき水分量を算出する水分量算出手段と、
その算出された水分量に基づき、改質器に返戻する水分量を増減する返戻水分量増減手段とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
所定の水分量算出情報は、要求出力、発電出力、ガス流量、ガス組成、ガス温度、改質器温度及び燃料電池本体の温度を含み、
返戻水分量増減手段は、それら所定の水分量算出情報のいずれか又はそれらの組み合せに基づき、改質器に向けて返戻する水分量を増減することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
水蒸気分離部が、燃料ガスから水蒸気を分離するための分離膜から構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
分離膜が無機材料から構成されていることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、改質器で改質した燃料ガスと空気とを、燃料電池本体の二種類の電極に互いに分離して流接させることによる発電を行う燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の燃料電池システムとして、例えば下記の特許文献１に開示された構成のものがある。
特許文献１に開示されている燃料電池システムは、ガス混合器から固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell）(SOFC)に至る流路に改質触媒を配置しておき、改質可能燃料（新規投入燃料）とともに、水蒸気を含む使用済み燃料の一部を当該ガス混合器に送給して混合した後、その混合ガスを改質器，固体酸化物型燃料電池に送給するようにしたものである。
【特許文献１】特開平３−２１６９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記引用文献１に記載されている構成において、改質効率，改質器の劣化を防止するためには、多量の水分の供給を必要とする一方、その改質器の後段では多量の余剰水が生じるため、水蒸気により燃料電池が劣化するとともに、反応効率が低下するという欠点がある。
さらに、負荷変動時には上記欠点がさらに顕在化する虞があることに加えて、低出力での発電から高出力の発電に移行する場合等には、水蒸気が不足するという問題も生じる。
【０００４】
そこで本発明は、負荷変動に即応することができるとともに、炭素析出や水蒸気による劣化を抑えて反応効率低下を回避しつつ、適量の水分を含む燃料ガスを燃料電池本体に送給できる燃料電池システムの提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記の課題を解決するための本発明に係る燃料電池システムは、改質器で改質した燃料ガスと空気とを燃料電池本体に送給し、その燃料ガスと空気とを二種類の電極に互いに分離して流接させることによる発電を行うものである。
本発明においては、改質器から送出された燃料ガスに含まれる水分の一部を水蒸気として分離するための水蒸気分離部を備えた水分量調整装置と、上記水蒸気分離部において分離した水蒸気を、上記改質器に返戻するための第１の返戻用流路と、燃料電池本体において生成された水分を改質器に返戻するための第２の返戻用流路と、水蒸気分離部において分離した水蒸気を凝縮して貯留しておくための貯水タンクと、この貯水タンクに貯留されている水分を改質器に返戻するための第３の返戻用流路と、水蒸気分離部から燃料電池本体に至るガス流路に配設され、その水蒸気分離部から送出される燃料ガスの圧力を調整するための圧力調整用バルブアクチュエータと、第１の返戻用流路を流通する水蒸気を改質器と貯水タンクとに分配するための分配用アクチュエータと、第２の返戻用流路を流通する水分を改質器と外部に分配するための分配用バルブアクチュエータと、第３の返戻用流路に配設され、貯水タンクから改質器に送給する水分を増減調整するための送水用バルブアクチュエータと、上記第１〜３の返戻用流路を通じ、燃料電池本体に送給する燃料ガスに含まれる水分が、その燃料電池本体の運転状態に応じた過不足のない量となるように、水蒸気分離部において分離した水蒸気、貯水タンクに貯留している水分、及び燃料電池本体で生成された水分を、圧力調整用バルブアクチュエータ、各分配用アクチュエータ及び送水用バルブアクチュエータを開閉駆動して改質器に分配送給する返戻制御装置とを有する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、次の各効果を得ることができる。
改質器から送出された燃料ガスに含まれる水分の一部を分離調整しているので、負荷変動に即応することができるとともに、炭素析出や水蒸気による劣化を抑えて反応効率低下を回避しつつ、適量の水分を含む燃料ガスを燃料電池本体に送給することができる。
第１〜３返戻用流路を通じ、燃料電池本体に送給する燃料ガスに含まれる水分が適量となるように、水蒸気分離部において分離した水蒸気、貯水タンクに貯留している水分、及び燃料電池本体で生成された水分を所望の割合で改質器に分配送給することができる。これにより、必要な水分を外部から補給する必要がない。換言すると、水分の自給自足を行うことができる。
また、水蒸気分離部で分離した水蒸気を改質器に供給しているので、液状態の水分を気化して改質器へ供給する場合に比べて、熱エネルギーのロスを大幅に低減することができる。これにより、負荷変動に即応することができるとともに、燃料電池システムの小型化並びに熱効率のさらなる向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図、図２は、一例に係る水分分離部の概略構成を示す説明図である。
【０００８】
本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムＡ１は、気化器１０、改質器２０、水分量調整装置３０、返戻制御装置４０、燃料電池本体５０、及び貯水タンク６０を主要の構成としたものである。
【０００９】
気化器１０は、外部から送給された新規の燃料と、燃料電池本体５０から排出された燃料オフガス、詳細を後述する水分量調整装置３０において燃料ガスから分離した水蒸気、及び貯水タンク６０から送給された水分を混合気化する機能を有するものである。
本実施形態における「水分」は、水と水蒸気を含む概念のものである。
【００１０】
本実施形態における改質器２０は、気化器１０から送出された燃料ガスと水分である水蒸気とを混合して、水素と二酸化炭素とを生成する水蒸気改質タイプのものであるが、これに限らず、例えば水蒸気改質に部分酸化改質を組み合わせてもよい。
前者の水蒸気改質タイプのものでは、改質効率，燃料電池本体５０における炭素析出を防止する観点から、スチーム／カーボン比（Ｓ／Ｃ）を１以上、好ましくは２以上で運転されるようになっている。
また、水蒸気改質に部分酸化改質を組み合わせた場合には、それら水蒸気改質と部分酸化改質の割合に従い、改質器２０に送給する水分量を適宜設定すればよい。
【００１１】
水分量調整装置３０は、改質器２０から送出された燃料ガスに含まれる水分の一部を分離する水分分離部である水蒸気分離部３１と、水蒸気分離部３１から送出される燃料ガスの圧力を調整するための圧力調整用バルブアクチュエータ３２とを有して構成されている。
圧力調整用バルブアクチュエータ３２は、後述する制御部４１から出力される駆動信号により駆動されるようになっているとともに、そのバルブ開度情報は、所定のタイミングで制御部４１に送出されるようになっている。
【００１２】
水蒸気分離部３１は、図２に示すように、燃料ガスから水蒸気を分離するための分離膜（図示しない）を成膜形成した複数の管体３１ａ…を互いに並列させた構成のものである。
管体３１ａは、上記した改質器２０のガス流出側に配設したガス流路３０ａの終端と、燃料電池本体５０のガス流入側に配設したガス流路３０ｂの始端との間に連結配設されている。
【００１３】
上記した分離膜は、例えばゼオライト，シリカ等の無機材料からなるものであり、燃料ガスから水蒸気を分離する機能を有するものである。
なお、分離膜の材料としては、上記機能を有する材料であれば、特に上記材料に限定するものではない。
また、分離膜の形態としては多孔質膜（分子ふるい）や非多孔質膜（溶解‐拡散型）のどちらであっても、また、その組み合せであってもよい。
さらに、水蒸気のみを透過するタイプのものや逆に水蒸気が透過せずに燃料を透過するタイプのものを採用することができ、それらを組み合わせることによって燃料ガスから所定量の任意の水蒸気を分離するようにしてもよい。
【００１４】
上記した気化器１０と、水蒸気分離部３１との間には、その水蒸気分離部３１において燃料ガスから分離した水分を改質器２０に返戻するための第１の返戻用流路である水分返戻用パイプ７０が形成されている。
【００１５】
水分返戻用パイプ７０には、これを流通する水蒸気を改質器２０と貯水タンク６０とに分配するための分配用アクチュエータ３３が配設されており、その分配用アクチュエータ３３は、後述する制御部４１から出力される駆動信号により駆動されるようになっている。
なお、分配用アクチュエータ３３のバルブ開度情報は、所定のタイミングで制御部４１に送出されるようになっている。
【００１６】
貯水タンク６０は、水蒸気分離部３１において分離排出された水蒸気を凝縮して貯留するものであり、その貯水タンク６０と上記した気化器１０との間には、当該貯水タンク６０に貯留されている水分を改質器２０に返戻するための第３の返戻用流路である水分返戻用パイプ７１が形成されている。
水分返戻用パイプ７１には、貯水タンク６０に貯留している水分を改質器２０に送給停止するための送水用アクチュエータ３６（図３に示している）が配設されており、その送水用アクチュエータ３６のバルブ開度情報は、所定のタイミングで制御部４１に送出されるようになっている。
なお、貯水タンク６０に貯留されている水分は、排水バルブ３４を介して外部に排出することができる。
【００１７】
燃料電池本体５０と、気化器１０との間には、その燃料電池本体５０において生成された水分を改質器２０に返戻するための第２の返戻用流路である水分返戻用パイプ７２が設けられている。
水分返戻用パイプ７２には、これを流通する水分を改質器２０と外部に排気分配するための分配用アクチュエータ３５が配設されており、後述する制御部４１から出力される駆動信号により駆動されるようになっている。
なお、分配用アクチュエータ３５のバルブ開度情報は、所定のタイミングで制御部４１に送出されるようになっている。
【００１８】
ところで、燃料電池本体５０は、燃料極（アノード極）５１と空気極（カソード極）５２とを電解質５３の上下両面に配設した構成のものであり、具体的には例えば３００℃以上の温度で作動するものである。
敷衍すると、ＳＯＦＣ等のように６００（℃）〜１０００（℃）で運転される酸素イオン伝導型のものであり、電解質の材料としてはジルコニア系、セリア系等を使用することができる。
【００１９】
また、プロトン伝導型のものであっても、比較的高い温度（３００℃以上）で運転が可能な固体酸（例えばりん酸水素セシウム等）を電解質に用いたものにも適用できる。
例えばＮｉ等のように炭素析出を生じ易い燃料極材料を使用している場合には、特に有効である。
【００２０】
次に、返戻制御装置４０について図３を参照して説明する。図３は、返戻制御装置４０の概略構成を示すブロック図である。
返戻制御装置４０は、燃料電池本体５０に送給される燃料ガスに含まれる水分が適量となるように、改質器２０から送出された燃料ガスに含まれる水分の一部を分離調整するものであり、制御部４１及び下記の各センサ９１，９２及び上述した各バルブアクチュエータ３２，３３，３５，３６を含む構成となっている。
ここで「適量」とは、燃料電池本体５０の運転状態に応じ、過不足のない水分量のことである。
【００２１】
制御部４１は本装置の制御中枢となるものであり、入力側にはインターフェイスを介して、改質器２０の温度を検出するための改質器温度検出センサ９１、燃料電池本体５０の温度を検出するための本体温度検出センサ９２が接続され、所定の時間間隔でそれらの温度を検出するようになっている。
【００２２】
また、出力側にはインターフェイスを介して、上記した圧力調整用アクチュエータ３２、分配用アクチュエータ３３，３５、送水用アクチュエータ３６が接続されている。
制御部４１内部には、所定の水分量算出情報や改質器２０の検出温度に応じた改質効率等を記憶するメモリ（図示しない）が設けられている。
【００２３】
上記した制御部４１は、所定のプログラムを実行することにより、次の各機能を発揮する。
（１）所定の水分量算出情報に基づき、燃料電池本体５０に送給する燃料ガスに含まれるべき水分量を算出する機能（水分量算出手段４１Ａ）。
「所定の水分量算出情報」は、本実施形態においては、要求信号、発電出力、燃料ガスの流量、燃料ガスの組成、燃料ガスの温度、改質器２０の温度、燃料電池本体５０の温度、水分調整装置３０のの増減調整履歴を含むものである。
「要求信号」は、改質器２０へ送給される燃料量を示す情報である。
「燃料ガスの流量」は、上記した各バルブアクチュエータ３２，３３，３５，３６に取り付けられている流量計（図示しない）により計量されるようになっている。
「燃料ガスの組成」は、燃料に燃料電池本体５０から排出した水分量を加えたものである。
これらの所定の水分量算出情報は、上記した制御部４１内の図示しないメモリに所定のサンプリング時間間隔毎にサンプリングされて記憶されるようになっている。
【００２４】
（２）上記算出された水分量に基づき、改質器２０に返戻する水分量を増減する機能（返戻水分量増減手段４１Ｂ）。
燃料電池本体５０に送給される燃料ガスに含まれる水分が適量となるように、上記所定の水分量算出情報のいずれか又はそれらの組み合せに基づき、水蒸気分離部３１、貯水タンク６０及び燃料電池本体５０から改質器２０に向けて返戻する水分量を増減している。
【００２５】
具体的には、圧力調整用アクチュエータ３２、分配用アクチュエータ３３，３５、送水用アクチュエータ３６を開閉駆動することにより、燃料電池本体５０に送給される燃料ガスに含まれるべき水分が適量となるようにしている。
【００２６】
次に、上述した構成からなる燃料電池システムＡ１の動作について、図４，５を参照して説明する。図４は、改質器に送給する水分量の増減調整動作を示すフローチャート、図５は、水蒸気分離部における水分量の増減調整動作を示すフローチャートである。
【００２７】
まず、図４を参照して、改質器２０に返戻送給する水分量の増減調整動作について説明する。
ステップＳ１（図中Ｓ１と略記する。以下、同様）：入力信号（要求信号）の受信により、燃料電池本体５０の発電状態、分配用アクチュエータ３５の開度、水分量調整装置３０の増減調整履歴を取得して、ステップＳ２に進む。
【００２８】
ステップＳ２：入力信号（要求信号）、発電状態、分配用アクチュエータ３５の開度、水分量調整装置３０の増減調整履歴に基づいて、改質器２０に送給されている燃料ガスの組成（以下、「水分量Ｉ」という。）を算出するとともに、水分量調整装置３０の増減調整履歴に基づいて、燃料ガスから分離した水蒸気量（以下、「水分量ＩＩ」という。）を算出して、ステップＳ３に進む。
「燃料ガスの組成」は、新規に送給される燃料に含まれる水分量に、燃料電池本体５０から排出返戻された水分量を加えたものである。
【００２９】
ステップＳ３：新規に投入する燃料及びその改質に必要な水分量（以下、「水分量ＩＩＩ」という。）を算出して、ステップＳ４に進む。
ステップＳ４：水分量Ｉよりも水分量ＩＩＩが多いか否かを判定する。ここで、水分量Ｉよりも水分量ＩＩＩが多いと判定されればステップＳ５に進み、そうでなければステップＳ８に進む。
【００３０】
ステップＳ５：水分量ＩＩＩよりも、水分量Ｉに水分量ＩＩを加えた量が多いか否かを判定する。ここで、水分量ＩＩＩよりも、水分量Ｉに水分量ＩＩを加えた量が多いと判定されればステップＳ６に進み、そうでなければステップ９に進む。
【００３１】
ステップＳ６：水分量ＩＩＩから水分量Ｉと水分量ＩＩとを差し引いた値、すなわち、不足する水分量を算出してステップＳ７に進む。
ステップＳ７：水分量Ｉに水分量ＩＩを加えた水分量と、貯水タンク６０から不足する水分量を改質器２０に返戻送給して処理を終了する。
【００３２】
一方、ステップＳ８では、改質器２０に水分量Ｉを、また、貯水タンク６０に水分量ＩＩを分配送給して処理を終了する。
ステップＳ９：水分量Ｉに水分量ＩＩを加えた水分量から、水分量ＩＩＩを差し引いた水分量、すなわち、余剰の水分量を算出してステップＳ１０に進む。
ステップＳ１０：水分量Ｉに水分量ＩＩを加えた水分量の一部を改質器２０に送給するとともに、水分量ＩＩの残量（余剰量）を貯水タンク６０に分配送給して処理を終了する。
【００３３】
次に、図５を参照して、水蒸気分離部３１において分離する水分量の増減調整動作について説明する。
ステップＴ１（以下、Ｔ１と略記する。以下同様。）：入力信号（要求信号）、発電履歴、分配用バルブアクチュエータ３５の開度を取得して、ステップＴ２に進む。
【００３４】
ステップＴ２：入力信号、発電履歴、分配用アクチュエータ３５の開度に基づいて、改質器２０に送給される燃料ガスの組成（以下、「水分量Ｉ」という。）を算出するとともに、改質器２０の温度と、それに応じた改質効率に基づいて、水蒸気分離部３１に送給される水分量を算出してステップＴ３に進む。
【００３５】
ステップＴ３：余剰の水分量を算出してステップＴ４に進む。
ステップＴ４：水蒸気分離部３１の圧力特性から調整圧力を決定して、ステップＴ５に進む。
ステップＴ５：圧力調整用アクチュエータ３２の開度を増減調整することにより、水蒸気分離部３１の圧力を増減して処理を終了する。
【００３６】
以上詳述したように本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（Ａ）改質器２０から送出された燃料ガスに含まれる水分の一部を分離調整することにより、燃料電池本体５０の運転状態に応じた適量の水分を含む燃料ガスを、その燃料電池本体５０に送給できるため、燃料電池本体の劣化、その反応効率の低下を防止できる。また、負荷変動に即応できるため、燃料利用率、熱効率を向上させることができる。
【００３７】
（Ｂ）水分量調整装置３０で分離した水分を改質器２０に返戻循環させることで、必要な水分を外部から補給する必要がない。換言すると、水分の自給自足を行うことができる。
また、水分量調整装置３０で分離した水分が水蒸気状態（凝縮させない）である場合には、改質器２０へ水蒸気状態で供給することが可能であり、従ってまた、液状態の水分を気化して改質器２０へ供給する場合に比べて、熱エネルギーのロスを大幅に低減することができる。これにより、負荷変動に即応することができるとともに、燃料電池システムの小型化並びに熱効率のさらなる向上を図ることができる。
【００３８】
（Ｃ）水分量調整装置（水蒸気分離部３１）３０において分離した水分を貯水タンク６０に貯留しておくことができるので、上記水分量調整装置３０において分離した水分を回収・貯蔵することができる。
従って、燃料電池本体５０で生成された生成水を循環させるときや、水分量調整装置３０において分離した水分を返戻循環させる際に、改質器２０に送給する水分量が不足する場合には、当該貯水タンク６０から水分を供給することができるようになる。これにより、燃料電池本体５０の発電出力状態が次第に増大しまた減少するような負荷変動時等、返戻循環できる水分量が少ない場合に対応することができる。
【００３９】
（Ｄ）第１〜第３の返戻用流路に各種のバルブアクチュエータを組み合わせて配設しているので、水蒸気分離部において分離した水蒸気、貯水タンクに貯水している水分、及び燃料電池本体で生成された水分を所望の割合で改質器等に分配送給することができ、これにより、必要な水分を外部から補給する必要がない。換言すると、水分の自給自足を行うことができる。
特に、燃料電池本体で生成された生成水を未使用燃料とともに返戻循環させることにより、燃料利用率を向上させることができる。
また、新規に投入する未改質燃料の改質に必要な水分の一部又は全部を生成水で賄うことができる。
さらに、生成水を循環させる際には、水分を液化（凝縮）せずに循環することが、エネルギーロス低減の観点から望ましい。
（Ｅ）水蒸気分離部において燃料ガスから水蒸気を分離しているので、熱効率を向上させることができる。
すなわち、水分を分離する際に凝縮（液化）させてしまうと、燃料ガス温度も低下する。このため、燃料電池本体に燃料及び適量の水分を供給する際には、所定の温度に再昇温しなければならない。
固体高分子膜（Proton Exchange Membrane）(PEM)等の比較的低温型の燃料電池であれば、その際のエネルギーロスは軽微であるが、固体酸化物型燃料電池（Solid Oxide Fuel Cell）(SOFC)等の動作温度が高い燃料電池ではエネルギーロスが大きいため、水分を水蒸気状態で分離することが望ましいのである。
また、分離した水分を改質器へ供給して再利用する場合にも、液化するよりも水蒸気のままで返戻循環して再利用する構成が、エネルギーロス減少の観点から望ましい。
【００４０】
（Ｆ）燃料電池本体に燃料ガスを送給する前において、改質器から送給される燃料ガス組成に応じた水分量に制御することにより、負荷変動が頻繁に起こる場合でも、燃料電池本体に最適な水分量を送給することができる。
【００４１】
（Ｇ）生成水の改質器への返戻循環量に応じて、水分量調整装置において分離した水分の改質器への送給量を増減制御することにより、換言すると、燃料電池本体から排出されるアノードオフガスに含まれる水分を未使用燃料と共に改質器へ返戻循環することにより、熱効率を向上させることができる。
【００４２】
次に、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムＡ２について、図６を参照して説明する。図６は、本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、上述した実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４３】
本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムＡ２は、改質器２０から水蒸気分離部３１に向かう流路上に、熱交換器１００を配設したものである。
熱交換器１００は、外部から送給された空気と、改質器２０から送給された燃料ガスとの熱交換を行うものであり、改質器２０から水蒸気分離部３１に至るガス流路３０ａに介設されている。これにより、改質器２０から送出された燃料ガスの温度調整を行うようにしている。
【００４４】
上記ガス流路３０ａには、改質器２０から送出された燃料ガスを燃料電池本体５０に迂回させる迂回路３０ｃに切り替えるパイパス用アクチュエータ３６が連結されており、制御部４１から出力される切替え信号により適宜切替え駆動されるようになっている。
【００４５】
上記した熱交換器を設けたことにより、水蒸気分離部の動作可能温度への温調を行うことができ、また、燃料ガスと水蒸気の温度とを所定の温度へ低下させることができる。また、冷媒として燃料電池本体に供給する空気や改質器に供給する燃料ガス、水蒸気等と熱交換することで、エネルギーロスを低減することができる。すなわち、熱効率を向上させることができる。
【００４６】
次に、本発明の第三の実施形態に係る燃料電池システムＡ３について、図７を参照して説明する。図７は、本発明の第三の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。なお、上記第一，第二の実施形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４７】
本実施形態に係る燃料電池システムＡ３は、気化器１１０に燃料とともに空気を取り入れることにより、水蒸気改質と部分酸化改質を行わせるとともに、熱交換器１００に空気を取り入れるように構成したものである。
【００４８】
上記したように改質器２０に水蒸気と空気とを供給することにより、高効率性を有する水蒸気改質と、始動性、良応答性を有する部分酸化改質の双方の利点を兼ね備えたものとすることができる。
さらに、始動時や高負荷時には部分の改質の比率を上げる一方、定常時等においては水蒸気改質の比率を上げることにより高効率運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２】一例に係る水分分離部の概略構成を示す説明図である。
【図３】返戻制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図４】改質器に送給する水分量の増減調整動作を示すフローチャートである。
【図５】水蒸気分離部における水分量の増減調整動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第二の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第三の実施形態に係る燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５０】
２０          改質器
３０          水分量調整装置
３０ａ        ガス流路
３１          水蒸気分離部（水分分離部）
３２          圧力調整用アクチュエータ
３３，３５    分配用アクチュエータ
３６          送水用アクチュエータ
４０         返戻制御装置
４１Ａ        水分量算出手段
４１Ｂ        返戻水分量増減手段
５０          燃料電池本体
５１，５２    電極
６０          貯水タンク
７０          第１の返戻用流路
７１          第２の返戻用流路
７２          第３の返戻用流路
１００        熱交換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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